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Sobre el origen del cerebro en los mamíferos

Área: Paleontología — jueves, 26 de mayo de 2011

El análisis de unos fósiles lleva a la conclusión de que el sentido del olfato fue el que espoleó la evolución de cerebros complejos en los mamíferos.

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Craneo de Hadrocodium wui. Fuente: Klinger and Luo, Carnegie Museum of Natural History;.

Después de miles de millones de años de evolución cósmica el Universo puede por fin contemplarse y pensarse a sí mismo. Se necesitaron cientos de millones de años de evolución biológica sobre este planeta para que la inteligencia avanzada apareciera, pero para ello se necesitaron muchos pasos, cambios que, poco a poco, posibilitaron que usted, estimado lector, pueda ahora, por ejemplo, comprender lo que hay aquí escrito.
Ciertas moléculas ya permitieron a las células de las primeras esponjas comunicarse entre sí, sentando las bases para que después aparecieran las primeras neuronas. Una vez hubo sistemas nerviosos los animales pudieron sentir el entorno y ver el mundo. Pero la Naturaleza tuvo que ensayar múltiples maneras de crear un cerebro hasta que un mamífero, el ser humano, consiguió uno que le permitía la autoconsciencia y el pensamiento abstracto.
Nuestro cerebro, y nosotros mismos, provienen de unos pequeños animales que vivían a la sombra de los grandes dinosaurios. ¿Qué tenían esos mamíferos que no tuvieran los dinosaurios? En 160 millones de años la evolución de los dinosaurios no dio con la inteligencia, pese a que dominaron todos los nichos ecológicos durante todo ese tiempo.
La rama evolutiva de los mamíferos empezó durante el Pérmico, hace unos 260 millones de años, con los cinodontos. Estos animales no eran todavía mamíferos y recordaban más a los reptiles. Tenían cerebros pequeños comparados con el tamaño de su cuerpo y bulbos olfatorios deficientes. Los bulbos olfatorios son las estructuras cerebrales que pasan la información olfativa al cerebro, por tanto, su sentido de olfato tenía que ser muy malo. Además, sus sentidos de la vista y del oído también eran muy pobres. Encima su coordinación era mala. ¿Cómo se mejoró todo esto hasta conseguir los mamíferos actuales?
Ahora unos humanos han estudiado algunos fósiles de los primeros mamíferos y proponen que el sentido del olfato fue el que espoleó la evolución de cerebros complejos en los mamíferos. Este estudio explicaría por qué en los mamíferos la evolución dio lugar a cerebros grandes y complejos, que en algunos casos es 10 veces mayor en proporción al tamaño del cuerpo comparado con otros tipos de animales.
Los investigadores estudiaron dos especies del Jurásico temprano de hace 190 millones de años encontradas en China: Morganuocodon y Hadrocodium. Se cree que criaturas como éstas fueron los precursores de los actuales mamíferos. Para hacernos una idea de su tamaño digamos que el cuerpo de Hadrocodium wui tenía prácticamente el tamaño de un clip para papel.
Según los hallazgos de estos investigadores, el cerebro de los mamíferos evolucionó en tres pasos. En el primer paso se dio una mejora del sentido del olfato, en el segundo un aumento de los sentidos del tacto a través de pelo corporal y en el tercero una mejora de la coordinación neuromuscular, es decir, una mejora en la habilidad de producir movimientos musculares diestros usando los sentidos.
Según Tim Rowe, de la Universidad de Texas, ahora tenemos una mejor idea de la secuencia histórica de eventos y de la importancia relativa de los diferentes sistemas sensoriales en la evolución temprana de los mamíferos.
Para averiguar todo esto, los investigadores se valieron de técnicas de tomografía computacional por rayos X, normalmente usada en Medicina, para reconstruir los cerebros de Morganuocodon y Hadrocodium a partir una docena de cráneos fosilizados. Básicamente se trataba de estudiar el hueco craneal que una vez alojó los cerebros de estos animales y esta técnica permite su reconstrucción tridimensional sin necesidad de destruir el espécimen. Las reconstrucciones digitales se han puesto libremente on line a disposición de todo el mundo.

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Reconstrucción del cerebro de Hadrocodium wui. Fuente: Matt Colbert, University of Texas at Austin.

Gracias a estas reconstrucciones, los investigadores pudieron observar que la cavidad nasal y las partes relacionadas con el sentido del olfato aumentaron en los pre-mamíferos. Esto se dio junto a una ampliación de las áreas cerebrales relacionadas con este sentido y que normalmente procesan la información olfativa. Ambas características indican una mejora del sentido del olfato en estos animales.
El análisis también estudió la influencia del pelo corporal en el desarrollo del tamaño del cerebro. Los autores especulan que el pelo de los primeros mamíferos desarrolló rápidamente una sensibilidad táctil y una mejora en la coordinación motora.
En lugar de usar el vello como aislamiento térmico, los pelos sirvieron inicialmente como pequeños “controladores de tráfico” y permitieron a estos animales circular con seguridad a través de las grietas y evitar daños en la oscuridad. Este sentido del tacto finalmente dio lugar a la formación de campos sensoriales intrincados en el neocórtex de los mamíferos. Como el neocórtex está implicado en tareas de percepción sensorial y en la generación de las órdenes motoras, una mejora de sus funciones probablemente dio lugar a un ajuste de las tareas motoras y coordinación neuromuscular en los primero mamíferos.
Se cree que la necesidad de desarrollar estos sentidos probablemente vino de los hábitos nocturnos de estos animales. En la noche buscaban insectos de los que alimentarse y evitaban a los dinosaurios, que tenían hábitos diurnos.
En ambos tipos de fósiles, el cerebelo (región responsable de la integración sensorial-motora) creció tanto que empezó a plegarse sobre sí mismo. Este aumento en tamaño apoya la idea de que los primeros mamíferos desarrollaron una avanzada coordinación neuromuscular.
Al comparar los cráneos de estos animales con ejemplares de otros grupos, como los primitivos reptiles cinodontos (suborden de los terápsidos), los investigadores descubrieron que los cerebros de Morganucodon y Hadrocodium eran mucho más grandes que los cerebros de los precursores de los mamíferos.
Teniendo todo esto en cuenta, se podría decir que la habilidad de explotar la información olfativa del mundo que les rodeaba hizo a los primeros mamíferos extraordinariamente diferentes de otros animales, incluso de sus parientes evolutivos más próximos. Los patrones de organización cerebral en los mamíferos ya estaban en los estadios tempranos de la evolución de los proto-mamíferos.
Recordemos que los mamíferos tienen unas 10 veces más genes relacionados con el sentido del olfato que otros vertebrados, aunque en el ser humano muchos de ellos, relacionados con receptores de olor específicos, no sean funcionales.
Estos investigadores planean ahora explorar la posterior diversificación en el cerebro y sistemas sensoriales de los mamíferos según éstos evolucionaron.
Resumidamente, se podría decir que Morganucodon tenía un cerebro un 50% más grande que el de los cinodontos y al poco tiempo después el cerebro de los Hadrocodium se expandió otro 50%. Hace 65 millones años, después de la extinción de los dinosaurios, evolucionaron los modernos mamíferos y el cerebro se expandió para el control neuromuscular y la integración de los diferentes sentidos.
Una vez el cerebro de los mamíferos se hizo más grande y complejo fue permitiendo el uso de nuevos recursos, como la visión en color, la ecolocación de los cetáceos o incluso la habilidad de sentir el campo eléctrico del ornitorrinco. En los primates la evolución modificó lo que ya había en los cerebros y los expandió aún más. Finalmente esto dio lugar a los seres humanos.
Todos nuestros pensamientos, obras literarias, sentimientos o descubrimientos científicos pudieron darse gracias a la evolución de esos animales de los que ahora sólo nos quedan sus fósiles, cuando la necesidad de procesar la información olfativa expandió sus cerebros. Los mamíferos no consiguieron grandes cerebros para pensar, sino por necesidades más básicas y urgentes. Todos esos resultados intelectuales mencionados antes son sólo un subproducto de ello. Sin duda, es algo sobre lo que se puede meditar.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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9 Comentarios

  1. tomás:

    Final del párrafo 6º. Dice: “… el cuerpo del Hidrocodium wui tenía prácticamente el tamaño de un clip para papel.”
    Por la primera ilustración, creo que en vez del cuerpo se refieren al cráneo”
    Un saludo.

  2. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Es un clip de los grandes:
    http://www.aaas.org/news/releases/2011/images/0519sp_smell_7_animal.jpg

  3. pvl:

    Las tecnologías punteras como el de la tomografía está posibilitando que la Biología en todas sus ramas esté respondiendo a interrogantes que eran impensables hace tiempo. Y me maravilla ver la interacción entre las posibilidades que ofrecen estas nuevas tecnologías y las teorías básicas de la Biología como en este caso la evolución darwiniana. Esto hace que me asombre aún más el genio de los científicos que idearon estas teorías sin apenas apoyo tecnológico: en este sentido no cabe ninguna duda de que como se dice en el art. la propia naturaleza se ha dotado de la tecnología más asombrosamente sofisticada para comprenderse a sí misma: el cerebro humano.

  4. lluís:

    La poca importancia que se suele dar al olfato y mira tú por donde, sin olfato apenas habría habido evolución del cerebro.
    “los mamíferos no consiguieron grandes cerebros para pensar, sino para necesidades más básicas y urgentes”.Bien ,esto también lo dijeron los clásicos, a su manera: ” Primum vivere, deinde filosofare”.
    Y cuanta razón tiene pvl, cuando habla del genio científico de los grandes maestros que apenas( o sin el a penas) contaron con la tecnología actual,esto les engrandece aún más.
    Saludos.

  5. tomás:

    Estimado Neo:
    Gracias a tu envío, a unas grapas que tengo y a mis propios dedos, he podido obviar los sistemas clipales y dedales y calcular las medidas del diminuto anilamillo en el sistema métrico decimal. Ahí van por si a alguno le interesa:
    Cráneo: Entre 1 y 1’2 cm
    Cuerpo desde el hocico al final de la cola: Entre 3 y 3’5 cm
    Cuerpo total, con cola: Entre 4’5 y 5’25 cm
    Cola: Entre 1’5 y 1’75 cm
    Lo de la cabecita es asombroso.

    Estoy muy de acuerdo con las reflexiones, tanto del artículo como de pvl y lluís, más meditativas y menos prosaicas que mi aportación.
    Un cordial saludo para todos.

  6. lluís:

    Nada de prosaico,tomás,me parece interesante que hayas “tomado medidas”.Tines razón lo de la cabecita es asombroso.
    Un saludo,tomás.

  7. RicardM:

    Estimados todos, solemos dar poca importancia al sentido del olfato. En nuestra sociedad lo que parece más importante es la vista (en sentido literal, y también en el metafórico…). A menudo olvidamos que si disfrutamos de un buen ágape es principalmente por el sentido del olfato, no del gusto, que es limitadísimo. Conozco una persona que perdió el sentido del olfato a raiz de un accidente que le causó traumatisto en la zona olfactoria del cerebro. No disfruta del “gusto” de la comida, no huele las flores, obviamente no usa perfumes. Además ha de tener un detector de gas en su domicilio porque no puede oler una eventual fuga. No es una persona “discapacitada”, pero no es accesible a todo un mundo de sensaciones.

    El sentido del olfato, además, está íntimamente relacionado con la memoria, aunque no parezca muy evidente. Un olor puede evocarnos todo un conjunto de sensaciones pasadas. Puede hacernos rememorar tanto a personas como a lugares. También a experiencias emotivas.

    No se donde leí ultimamente que, con entrenamiento, nuestro sentido del olfato puede igualar en sensibilidad al de los canes. La evidencia de ello es que los hombres que vivian y viven en contacto con la naturaleza cuentan con este sentido para seguir con éxito los rastros de presas.

    El sentido del olfato, la percepción química, es el primero de los sentidos y, como bien se dice en el artículo, posiblemente sea el motor de la evolución de los mamíferos. Debemos reivindicar, por tanto, este sentido. Especialmente en las grandes ciudades en que las agresiones medioambientales lo han dejado medio atrofiado.

    Tomás, ver el tamaño de nuestro ancestro es buen ejercicio de humildad…

    Saludos cordiales.

  8. NeoFronteras:

    Pues sí, apreciado RicardM, al final se aprecian las cosas cuando las perdemos. El sentido el olfato es importante en la especie humana y obtenemos con él mucha información. Sería fantástico crear un humano en el que los genes no funcionales que codifican receptores del olor estuvieran activos.
    Oliver Sacks cuenta en uno de sus libros como una médico que se pasó con las drogas (quizás fue él mismo) incrementó temporalmente su sentido del olfato y como su visión del mundo cambio.
    Sobre los humanos y sabuesos me temo que fue por aquí hace casi 5 años ya:

    http://neofronteras.com/?p=772

    Siempre nos quedará la magdalena de Proust, el olor de la higuera que evoca una infancia rural o el perfume que nos recuerda a un antiguo amor.

  9. RicardM:

    Efectivamente Neo, este es el artículo que yo recordaba. Lo cual demuestra que sigo NoeFronteras desde hace bastante tiempo…y que dure!

    Saludos cordiales.

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